グループ発表 天体核研究室 「低光度ガンマ線バーストの起源」 Ｄ２ 当真賢二 「宇宙ひもを重力レンズで探る」 Ｄ３ 須山輝明 グループ発表　天体核研究室 「低光度ガンマ線バーストの起源」　Ｄ２　当真賢二 「宇宙ひもを重力レンズで探る」　Ｄ３　須山輝明 ２００６年度物理学第二教室教室発表会　＠第四講義室

天体核研究室の大雑把な研究グループ 天体物理学 宇宙論 中村、犬塚、井岡、山田 ＰＤ：町田、石津、三浦 Ｄ３：道越 Ｄ２：井上（剛）、当真 Ｄ３：道越　 Ｄ２：井上（剛）、当真　 Ｄ１：廣瀬　Ｍ２：武藤 中村、田中、早田 Ｄ３：須山　Ｄ２：横山 Ｄ１：泉　Ｍ２：棚橋、村田 重力 中村、田中、早田、井岡 Ｄ２：吉川　Ｄ１：雁津 Ｍ２：井上（博） Ｍ１ 佐藤、筒井、冨康、野口、村主

井岡邦仁 「ガンマ線バースト：ブラックホールの誕生」 低光度ガンマ線バーストの起源 ～中性子星からの相対論的ジェット～ 参考文献 ２００５年度教室発表会　学問の流れ　 井岡邦仁　「ガンマ線バースト：ブラックホールの誕生」 ２００６年度物理学第二教室教室発表会＠第四講義室 天体核研究室　Ｄ２　当真賢二

イントロダクション

ガンマ線バースト (GRB) １日に２，３発、天空上のどこかで起こる爆発現象 ガンマ線光子のカウントレート ＧＲＢ０３０３２９ ガンマ線放射のあとの可視光残光 時間[s] （日本のガンマ線バースト専門衛星HETE-2のウェブページより） その爆発までの距離は典型的に１００億光年。宇宙一明るい現象である（太陽が一生かけて放出するエネルギーを数十秒で放出する）。 発見から４０年来いまだ起源がはっきりしない謎の天体現象。

典型的な観測結果 光度 [erg/s] プロンプト放射（主にガンマ線） 赤方偏移（⇒距離） 莫大なエネルギー！（ブラックホールあるいは中性子星の形成？） 残光（主に可視光、電波） ジェットブレイク 超新星爆発成分 時間 [s] 最新のSwift衛星が明らかにし始めた時間領域

いくつかのイベントでは、可視光の残光から超新星爆発（星の最期）の兆候が観測される。 エネルギーフラックス密度 ４月 残光のシンクロトロン放射のパワーロウスペクトルが減衰し、超新星爆発特有のスペクトルが現れる。 ５月 ガンマ線バーストの起源は星の最期に関連している！ 波長 (Hjorth et al. 03; Stanek et al. 03)

標準的な理論モデル 運動エネルギー ⇒ 内部エネルギー ⇒ 輻射エネルギー (e.g., Rees & Meszaros 94; 97) 10-103秒間の超相対論的なプラズマ流 星間空間 エックス線 可視光　（残光） 電波 シンクロトロン放射 ガンマ線（プロンプト放射） BH or NS? 星の最期の重力崩壊 内部衝撃波(internal shocks) 外部衝撃波(external shock) 運動エネルギー　⇒　内部エネルギー　⇒　輻射エネルギー

残光に対する外部衝撃波シンクロトロンモデル の成功 電子の加速 相対論的な衝撃波 シンクロトロン放射 磁場の増幅 (Galama et al. 98) エネルギーフラックス密度[Jy] 振動数[Hz] 理論の予測スペクトルが観測と見事に一致！

標準的な理論モデル 噴き出すプラズマ流は等方的ではなくジェット状であると考えられている。 (e.g., Rees & Meszaros 94; 97) 10-103秒間の超相対論的なプラズマ流 星間空間 シンクロトロン放射 エックス線 可視光　（残光） 電波 ガンマ線（プロンプト放射） BH or NS? 星の最期の重力崩壊 内部衝撃波(internal shocks) 外部衝撃波(external shock) 噴き出すプラズマ流は等方的ではなくジェット状であると考えられている。

そもそもプラズマ流が球対称なのかジェット状なのか直接的には観測できない。 ビーミング効果（特殊相対論的効果） 等方的な輻射 Γで運動している放射体の静止系 観測者系 プラズマ殻表面の一部しか見えない この光子は我々に届かない

なぜジェットであると考えられるのか 星の崩壊でブラックホールあるいは中性子星ができたときに開放される重力エネルギー エネルギー的にジェットが望ましい。 星の静止エネルギー 星 星の物質を球対称に飛ばそうとするとフローは必ず非相対論的になる。 ＝超新星爆発 コラプサージェットモデル BH or NS? (Woosley 93) 少ない物質をジェット状に飛ばすのが望ましい。

ジェットブレイク ジェットブレイク 残光フラックス 非相対論的 残光 ~1 day ~1 yr 時間 Sedov-Taylor phase（非相対論的段階） 残光フラックス 横膨張段階 Blandford-McKee phase（自己相似的減速） 非相対論的 残光 ~1 day ~1 yr 時間 横方向への自由膨張

典型的な観測結果 (Harrison et al. 99) 光度 [erg/s] プロンプト放射（主にガンマ線） 残光（主に可視光、電波） ジェットブレイク 超新星爆発成分 時間 [s] 最新のSwift衛星が明らかにし始めた時間領域

低光度ガンマ線バーストとジェットモデルの危機

低光度ガンマ線バースト (Low-Luminosity GRB) 我々の近傍での発生率 HL-GRBs Log(Lgamma/1050 erg/s) LL-GRBs Log(z) (Liang et al. 06) LL-GRB の発生頻度は通常のHL-GRB より高く、別のGRB種族を形成しているのではないか。 (Soderberg et al. 06; Pian et al. 06; Sollerman et al. 06; Stanek et al. 06; Ghisellini et al. 06a; Kaneko et al.06; Amati et al. 06; Stratta et al. 06; Dai et al. 06; Wang et al. 06; Murase et al. 06; Gupta & Zhang 06)

LL-GRB 060218 超新星爆発を伴うガンマ線バースト 数日後の可視光残光のスペクトル変化とモデルフィッティング (Mazzali, Deng, Nomoto et al. 06) モデルフィッティングの結果 いままでのSN-GRBs (Modjaz et al. 06) 親星の質量が小さかった。⇒このバーストの親星はブラックホールでなく中性子星に崩壊したのではないか。

ジェットモデルの危機 電波 ところが、ブレイクがない！ 時間[s] 低光度ＧＲＢはジェットではない？ 外部衝撃波シンクロトロンモデル エネルギーフラックス密度[uJy] ２～２２日のパワーロウ減光 もしジェットであれば、６日後までにジェットブレイクが起こるはずである。 ところが、ブレイクがない！ 時間[s] 低光度ＧＲＢはジェットではない？ (Soderberg et al. 06; Fan, Xu & Piran 06) 相対論的な球対称アウトフローは可能なのか？

060218残光のジェットモデル 060218の電波残光は外部衝撃波の非相対論的段階だと解釈することができる。 観測と合う。 時間[s] (Toma et al. 07) 060218の電波残光は外部衝撃波の非相対論的段階だと解釈することができる。 標準モデルの非相対論的段階 ジェットブレイク (e.g., Livio & Waxman 00) エネルギーフラックス密度[uJy] 非相対論的段階へ移行する時間スケール 観測と合う。 非相対論的 可視光の情報から 時間[s]

まとめ ・通常のガンマ線バーストは星の重力崩壊でできたブラックホールが駆動する相対論的ジェットから生じると考えられている。 ・低光度ガンマ線バースト０６０２１８の起源は星の重力崩壊でできた中性子星が駆動する相対論的ジェットで説明できる。 相対論的ジェットは他に活動銀河核、Ｘ線星などにも存在し、そのメカニズムは宇宙物理学における大きな謎の一つである。 重力エネルギー（or回転エネルギー）をどのようにして運動エネルギーに転換するのか（少量の物質に与える）；　輻射圧？　磁気遠心力？　イベントホライズン？ 今回の研究で相対論的ジェットはブラックホール特有の現象ではないということが示唆される。

１日後の可視光・電波・Ｘ線の残光がよく説明できる。 残光のモデルフィッティングの例 (e.g., Yost et al. 03; Panaitescu & Kumar 01) １日後の可視光・電波・Ｘ線の残光がよく説明できる。